全 文 ：


2013年 第 58卷 增刊Ⅰ：210 ~ 215
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引用格式: 刘艳菊, 丁辉, 葛红, 等. 大花蕙兰‘黄金小神童’和燕子掌对不同浓度苯气长期熏蒸的耐性. 科学通报, 2013, 58(增刊Ⅰ): 210–215
Liu Y J, Ding H, Ge H, et al. Tolerance of Cymbidium Golden Elf and Crassula portulacea to different concentrations of benzene fumigation (in
Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2013, 58(Suppl.Ⅰ): 210–215, doi: 10.1360/tb-2013-suppl015
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS 论 文
大花蕙兰“黄金小神童”和燕子掌对不同浓度苯气
长期熏蒸的耐性
刘艳菊①④*, 丁辉②, 葛红③, 王海虹⑤, 杨华①
① 北京市理化分析测试中心环境污染分析与控制研究室, 北京 100089;
② 北京市科学技术研究院, 北京 100089;
③ 中国农业科学院蔬菜花卉研究所, 北京 100081;
④ 北京麋鹿生态实验中心, 北京 100076;
⑤ 北京市标准化研究院, 北京 100013
* 联系人, E-mail: liuyanju@hotmail.com
2013-04-11收稿, 2013-08-08接受

摘要 环境污染的植物修复技术因其低廉环保而备受关注, 盆栽植物在净化室内空气苯污染
物中发挥着重要作用, 对苯净化效果好的植物类型又具有较强的耐污能力时才可获得广泛应
用. 本研究旨在探讨 2 种苯净化效果好的植物大花蕙兰“黄金小神童”(Cymbidium Golden Elf)
和燕子掌(Crassula portulacea)在长期苯气污染状态下的生理和抗氧化系统反应特征, 确定它
们对苯气污染物的抗性能力. 对两种植物进行 45 d的苯气浓度梯度(0, 150, 300 ppb, 1 ppb=
1 g/L)动态熏蒸实验, 测定生理和抗氧化系统等14种参数发现, 2种植物对苯熏蒸均具有较好
的耐性, 它们的生理参数和抗氧化系统具有各自的先天优势, 且苯气熏蒸对这种优势无明显
影响. 相关性分析显示在清除体内 H2O2时, 大花蕙兰“黄金小神童”的 CAT 和燕子掌的 AsA
功不可没. 另外, SOD 在防止两种受试植物的膜脂过氧化方面均发挥重要作用, 对燕子掌而
言, AsA作用更强.
关键词
室内空气污染
苯
抗氧化系统
膜脂过氧化


苯是普遍存在于室内的痕量污染物 , 会引发白
血病、贫血症、骨髓功能紊乱、基因毒性等[1,2], 是国
际癌症研究机构确认的有毒致癌物. 近年来, 在改善
室内环境质量的诸多手段中 , 植物因其对污染物的
净化和对环境的美化作用而受到普遍关注 . 作者在
以往对植物净化室内空气污染物的研究中 , 筛选出
一批对特定浓度的苯气具有较好净化作用的植物类
型[3], 包括 2种优良室内观花观叶植物: 大花蕙兰“黄
金小神童”(Cymbidium Golden Elf)(以下简称“黄金小
神童”)和燕子掌(Crassula portulacea). 只有在不同浓
度污染物的长期作用下仍能发挥较好的生理生化功
能 , 表现出较强耐性的植物类型才能最终实现栽培
应用的目的 , 对逆境中植物自身生理生化特征及抗
氧化系统的分析常被用于评估植物抗性程度的强
弱[4~6]. ‘黄金小神童’和燕子掌这类对苯具有较好净化
作用的植物是否可以适用于不同苯浓度的长期污染,
以实现大量应用栽培目的? 相关报道目前并未见到.
因此, 本研究将实验分析不同苯气浓度水平下‘黄金
小神童’和燕子掌的生物学特性及抗污特征, 为室内
苯气污染净化植物的进一步广泛应用提供实验依据.
1 材料和方法
(ⅰ) 供试植物材料和实验方法. 从花卉市场购
置长势均一的健康植物材料‘黄金小神童’和燕子掌




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论 文
各 12 株作实验材料 . 熏蒸用箱体和环境条件同文
献[3], 每种植物的苯气熏蒸浓度各设 3 个处理: 0,
150和 300 ppb (1 ppb=1 g/L). 每个处理采用 4株植
物. 熏气 45 d后测定植株叶片各项参数: 质膜相对透
性[7]、相对含水量[8]、可溶性蛋白质浓度[9]、超氧化
物歧化酶 SOD[10]、过氧化氢酶 CAT[11]、过氧化物酶
POD[12]、丙二醛 MDA[13]、抗坏血酸过氧化物酶
APX[14]、谷胱甘肽 GSH、抗坏血酸 AsA[9]、脯氨酸
Pro[15]、过氧化氢 H2O2[16]、叶绿素 Chl[9]、类胡萝卜
素 Caro[17].
(ⅱ) 数据分析. 采用 Excel 和 SPSS 11.5 软件
进行数据分析. 用ANOVA分析不同处理之间各参数
的差异显著性, 并对各参数进行显著相关性分析.
2 结果和讨论
2.1 不同浓度苯气熏蒸下“黄金小神童”和燕子掌
生理参数的变化
细胞膜透性是植物抗性研究的主要生理指标之
一 [18], 对照实验和中浓度苯气熏蒸下的燕子掌叶片
的细胞膜透性均显著高于‘黄金小神童’(图 1A), 暗示
在逆境环境下燕子掌维持正常膜透性需要花费的能
量较低. ‘黄金小神童’叶片的细胞膜透性随着苯气熏
蒸浓度的升高先略微下降再稍有升高 , 而燕子掌则
呈先升高再略下降的趋势 , 但浓度处理之间无显著
差异 , 推测两种受试植物在苯气熏蒸下均先后启动
了其保护机制, 从而维持了膜功能.
相同处理的两种受试植物的相对含水量之间无
显著差异 , 不同处理的同一植物的相对含水量也无
明显变化 , 所有的相对含水量值均达 90%以上(图
1B), 反映了两种植物保水能力均较强, 且不受苯气
熏蒸的影响.
植物可通过增加可溶性蛋白的合成直接参与其
适应逆境的过程[19]. 所有苯气处理下‘黄金小神童’的
可溶性蛋白含量均显著高于燕子掌(图 1C), 暗示其
具有比后者更强的适应逆境的潜力. ‘黄金小神童’在
不同浓度苯气下的可溶性蛋白含量无显著变化 , 推
测该植物在适应逆境的过程中表现出较强的自我调
节能力 . 苯熏蒸对本身可溶性蛋白含量就低的燕子
掌未产生明显影响, 暗示燕子掌适应逆境能力差, 或
者采取了其他适应逆境的路径.
苯气熏蒸对两种受试植物的 Chl 和 Caro 均未产
生显著影响(图 1D 和 E), 表明对其光合作用未形成
抑制. 光合作用的辅助色素、内源抗氧化剂 Caro 具
有清除活性氧、防止膜脂过氧化、保护光合机构的功
能[20]. 随着苯胁迫浓度的升高, “黄金小神童”的 Caro
有所增加, 燕子掌基本没变化, 反映它们对苯胁迫具
有一定程度的耐受力 . 而各处理下“黄金小神童”的
Chl和Caro均显著高于燕子掌, 表明前者先天具有较
强的光合作用能力.

图 1 不同浓度苯气熏蒸下大花蕙兰“黄金小神童”和燕子掌质膜透性(A)、相对含水量(B)、可溶性蛋白质含量(C), 叶绿素(D)
和类胡萝卜素(E)的变化
图中柱状图为平均值, 线条为标准误. 具有相同字母标签代表同一种植物的不同处理之间无显著差异, 具有相同数字代表同一处理的两种植
物之间无显著差异



2013年 12月 第 58卷 增刊Ⅰ
212
2.2 不同浓度苯气熏蒸下‘黄金小神童’和燕子掌
叶片抗氧化系统及相关参数的变化
正常情况下植物细胞内活性氧的产生和清除处
于动态平衡 , 逆境胁迫会破坏该平衡 , 使活性氧积
累、膜脂过氧化而伤害植物. 过氧化物酶(POD)、过
氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)是细胞抵御
活性氧伤害的重要保护酶系统 , 可有效去除超氧自
由基、过氧化氢(H2O2)和过氧化物、阻止或减少羟基
自由基形成[21]. 苯熏蒸时两种受试植物的 POD, CAT,
SOD 三种酶略有升高或降低, 但均未在各个处理之
间表现出显著差异(图 2A~C), 表明两种植物的保护
酶系统能基本维持其功能 . 但各处理的“黄金小神
童”的 POD酶活性显著高于燕子掌, 而燕子掌的 SOD
显著高于‘黄金小神童’, 推测在清除自由基的过程中
两种植物的保护酶系统借助不同的酶发挥功效.
丙二醛(MDA)是植物细胞在逆境胁迫下膜脂过
氧化的产物 , 标志膜系统受伤害的程度 [22]. 对照中
“黄金小神童”的 MDA 显著高于燕子掌, 暗示前者膜
脂过氧化产物的天然含量高(图 2D), 膜系统受伤害
可能性大些. 燕子掌 MDA的量在苯熏蒸时无显著变
化, 表明该植物能有效启动氧化防御系统、保护了膜
脂功能. 而高浓度苯(300 ppb)熏蒸下“黄金小神童”的
MDA 值显著高于对照, 表明高浓度苯气污染对该植
物造成了一定程度的膜脂过氧化作用.
抗坏血酸过氧化物酶 (APX)是植物体内抗坏血
酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)脱毒系统的一种重要的酶类,
主要通过清除植物体内的 H2O2而提高植物体的抗逆
能力. 抗坏血酸(AsA)是抗氧化系统中的主要抗氧化
物质之一, 与谷胱甘肽(GSH)及抗氧化酶共同作用调
控细胞内 H2O2等的水平[23]. “黄金小神童”的 APX显
著高于燕子掌(图 2E), 呈现出对 AsA-GSH 脱毒系统
较强的调节功能, 这与前者具有较低的 H2O2 浓度相
吻合(图 2F). 不同浓度苯气熏蒸对两种植物的 APX,
AsA和 GSH含量均无显著影响(图 2G和 H), 体现其
脱毒系统稳定的特性. 但除 150 ppb苯浓度外, “黄金
小神童”的 AsA 含量显著高于燕子掌, 而所有处理下
燕子掌的 GSH 显著高于“黄金小神童”, 体现这一脱
毒系统脱毒过程的复杂性.
脯氨酸(Pro)是一种植物蛋白质组分, 以游离状
态广泛存在于植物体中, 在干旱、盐渍等胁迫条件下,
在许多植物体内大量积累. “黄金小神童”和燕子掌在
苯胁迫下 Pro含量无显著变化, 而前者较后者具有较

图 2 不同浓度苯气熏蒸下大花蕙兰‘黄金小神童’和燕子掌的过氧化物酶(A)、过氧化氢酶(B)、超氧化物歧化酶(C)、丙二醛(D)、
抗坏血酸过氧化物酶(E)、过氧化氢(F)、抗坏血酸(G), 谷胱甘肽(H)、脯氨酸(I)浓度的比较
图中柱状图为平均值, 线条为标准误. 具有相同字母标签代表同一种植物的不同处理之间无显著差异, 具有相同数字代表同一处理的两种植
物之间无显著差异




213
论 文
表
1
燕
子
掌
和
“黄
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童
”各
参
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间
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质

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化
物
酶

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酶

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物

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酶

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化
物
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二
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谷
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酸

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酸

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素

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化
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0.
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0.
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*
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0.
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0.
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0.
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0.
26
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0.
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4
0.
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0.
00
2
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27
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0.
25
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0/
0.
00
3
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0.
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叶
片
质
膜
相

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透
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*
0.
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0.
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0.
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5/
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8
0.
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4/
0.
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7*

0.
48
3/
0.
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5
0.
24
2/
0.
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1
0.
39
3/
0.
19
8
0.
26
2/
0.
02
1
0.
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3/
0.
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1
0.
27
4/
0.
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0.
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0.
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5
0.
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0.
17
7
相
对
含
水
量



0.
52
6/
0.
57
3
0.
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0.
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0.
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0.
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0.
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0.
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0
0.
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0.
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9
0.
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0.
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0
0.
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05

0.
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0.
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1
0.
12
3/
0.
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0.
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0.
21
9
可
溶
性

蛋
白
质




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0.
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3
0.
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2/
0.
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*
0.
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2*
* /
0.
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*
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0/
0.
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*
0.
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06
*
0.
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4
0.
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0.
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3*
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0.
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0.
40
4
0.
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0.
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2
过
氧
化
物
酶





0.
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0.
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6
0.
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2
0.
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5/
0.
03
6
0.
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6/
0.
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2
0.
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0.
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0.
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5
0.
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0.
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6
0.
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4/
0.
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0.
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0.
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9
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氢
酶






0.
03
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0.
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8*
*
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0/
0.
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0.
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8
0.
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0/
0.
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0
0.
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0.
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1
0.
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6/
0.
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0.
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0/
0.
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0.
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20
.0
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超
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化
物

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酶







0.
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0.
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*
0.
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8*
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*
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0.
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0.
58
3*
/0
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57

0.
54
9/
0.
04
3
0.
10
4/
0.
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1
0.
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血
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氧
化
物
酶








0.
11
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0.
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7
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0.
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0.
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0.
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0.
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1*

谷
胱
甘
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0.
33
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0.
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*
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酸












0.
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0.
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平
上
显
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相
关




2013年 12月 第 58卷 增刊Ⅰ
214

强的天然积累 Pro 的能力, 暗示燕子掌比“黄金小神
童”具有较强的抗干旱、抗盐渍能力.
2.3 不同浓度苯气熏蒸下‘黄金小神童’和燕子掌
叶片各参数间的相关性
分别对两种受试植物各参数间进行相关性分析,
结果表明(表 1), 与‘黄金小神童’的 H2O2含量呈显著
负相关的参数有叶片质膜透性、相对含水量和 CAT,
呈显著正相关的有可溶性蛋白含量 . 而与燕子掌的
H2O2 呈显著负相关的有 AsA, 呈显著正相关的有
MDA. 这暗示着在清除体内 H2O2 时, “黄金小神童”
的 CAT 和燕子掌的 AsA 发挥着重要作用. 另外, 与
“黄金小神童”的膜脂过氧化产物MDA含量呈显著负
相关的参数有 SOD, 呈显著正相关的有可溶蛋白含
量, 类胡萝卜素; 与燕子掌的 MDA 含量呈显著负相
关的参数有 SOD, AsA, 相对含水量; 显著正相关的
有可溶性蛋白含量. 推测 SOD 对防止两种受试植物
的膜脂过氧化作用上均发挥较强的作用 , 对燕子掌
而言, AsA的作用更强.
3 结论
“黄金小神童”的可溶蛋白含量、Chl及 Caro在对
照和苯熏蒸下均显著高于燕子掌 , 体现前者具有自
身生理学上的先天抗性优势. 对照处理的“黄金小神
童”的 POD, APX, Pro, MDA都显著高于燕子掌, 而
燕子掌的 SOD, GSH, H2O2 显著大于“黄金小神童”,
表明两种植物抗氧化系统具有各自的先天优势 , 且
苯气熏蒸对这种优势没形成明显破坏 . 参数显著性
相关分析推测在清除体内 H2O2 时, ‘黄金小神童’的
CAT 和燕子掌的 AsA 发挥着重要作用; 另外, SOD
对防止两种植物的膜脂过氧化作用上均发挥较强的
作用, 对燕子掌而言, AsA的作用更强.
致谢 国家自然科学基金(40875082, 40745027, 21207007)资助. 感谢中国科学院生态环境研究中心土壤环境研究室朱
永官研究员课题组的协助.
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Tolerance of Cymbidium Golden Elf and Crassula portulacea
to different concentrations of benzene fumigation
LIU YanJu1,4, DING Hui2, GE Hong3, WANG HaiHong5 & YANG Hua1
1 Department of Environmental Pollution Analysis and Control, Beijing Center for Physical and Chemical Analysis, Beijing 100089, China;
2 Beijing Academy of Science and Technology, Beijing 100089, China;
3 The Institute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;
4 Beijing Milu Ecological Research Centre, Beijing 100076, China;
5 Beijing Institute of Standardization, Beijing 100013, China
Phytoremediation has been studied extensively because of its low cost and environmentally friendly features in controlling
environmental pollution. Potted plants play an important role in purifying indoor air from benzene pollutants. The plant species with
ideal pollutant-removal ability could be applied widely; however this can only be done once the plants are also highly tolerant of the
pollutants. This research investigates the physiological and anti-oxidant system adaptations of two benzene-removing plant species
(Cymbidium Golden Elf and Crassula portulacea) in a prolonged benzene fumigation state. The fumigation lasted for 45 d with three
treatments of 0, 150 and 300 ppb of benzene. The measurement of the physiological and anti-oxidant adaptations showed that the two
species tolerate benzene well. These adaptations had their own inherent advantages in each species and could prevent damage to the
plant from the benzene fumigation. Correlation analysis suggests that catalase in Cymbidium Golden Elf and ascorbic acid (AsA) in
Crassula portulacea contribute to the removal of peroxide from the plants. In addition, superoxide dismutase plays an important role in
the prevention of membrane lipid peroxidation in both test plants; however, in Crassula portulacea the role of AsA is stronger.
indoor air pollution, benzene, anti-oxidant system, membrane lipid peroxidation
doi: 10.1360/tb-2013-suppl015